廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)網(wǎng)絡連接與數(shù)據(jù)傳輸異常的快速檢測

摘? 要：簡單介紹火力發(fā)電企業(yè)廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)的部署原理、網(wǎng)絡鏈接與數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞?、要求及特性；簡述日常應用常?guī)技術(shù)對網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)、傳輸異常檢測的基本方法，使用工具的檢測步驟、技巧及判斷。淺析常規(guī)手段在技術(shù)的局限性，通過和應用檢測工具在檢測結(jié)果、時間效率上進行全面綜合比對，進一步探討應用何種技術(shù)手段能更加快捷、準確地判斷出廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)故障類型、原因，確定故障點，以實現(xiàn)應急響應事件中有效、快速處理網(wǎng)絡連接與數(shù)據(jù)傳輸異常的目標，縮短檢測、處理所需消耗的時間，并將其進行推廣普及，提高全員效率和技術(shù)水平。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控信息系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸；快速檢測

中圖分類號：TP393.0? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）20-0116-06

Rapid Detection of Abnormal Network Connection and Data Transmission of

Plant-level Monitoring Information System

LYU Xiaolin

（Zhengzhou Gas-fired Power Co.， Ltd.， Zhengzhou? 450000， China）

Abstract： This paper briefly introduces the deployment principles， network connection and data transmission methods， requirements and characteristics of plant-level monitoring information systems in thermal power enterprises. It outlines the basic methods of detecting network， data and transmission anomalies using conventional technology in daily applications， as well as the detection steps， techniques and judgment of tools used. This paper analyzes the limitations of conventional methods and compares synthetically the detection results， time and efficiency of these methods with those of application detection tools. It further explores which technical means can more quickly and accurately determine the types and causes of plant-level monitoring information system faults， and identify fault points to achieve the goal of effectively and rapidly handling network connection and data transmission anomalies in emergency response events. This will help reduce the time needed for detection and processing， promote widespread adoption， and improve the efficiency and technical level of all staff.

Keywords： monitoring information system; data transmission; quick detection

0? 引? 言

隨著電力工業(yè)的發(fā)展、自動化程度不斷提高，機組的經(jīng)濟、智能、安全運行顯得尤為重要。亞臨界及以上機組對于運行工況的快速分析、智能化指導運行方式優(yōu)化調(diào)整、運行在經(jīng)濟工況下的要求也越來越高。

廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（Supervisory Information System， SIS）是面向發(fā)電企業(yè)提供安全診斷技術(shù)、運行節(jié)能策略方向，并為發(fā)電過程提供經(jīng)濟性、安全性和設(shè)備可靠性等專家級咨詢診斷服務，致力于基于歷史數(shù)據(jù)智能尋優(yōu)并結(jié)合試驗結(jié)果，實現(xiàn)專項性能優(yōu)化的專項技術(shù)系統(tǒng)。

確保SIS系統(tǒng)連續(xù)、準確、實時、可靠分析發(fā)電機組經(jīng)濟運行工況并結(jié)合歷史最優(yōu)指標，及時指導、調(diào)節(jié)機組運行方式，降耗節(jié)能，確保發(fā)電機組長期經(jīng)濟、穩(wěn)定運行，是滿足實現(xiàn)廠網(wǎng)聯(lián)動、集團統(tǒng)一調(diào)控的最終目標。

1? SIS系統(tǒng)工作性能簡介

常規(guī)的SIS系統(tǒng)和機組分散控制系統(tǒng)（Distributed Control System， DCS），由DCS系統(tǒng)向SIS系統(tǒng)信息流單向發(fā)送數(shù)據(jù)，DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)開環(huán)運行。

SIS系統(tǒng)網(wǎng)絡獨立于管理信息系統(tǒng)（Management Information System， MIS），網(wǎng)絡鏈接采用物理隔離，SIS系統(tǒng)向MIS系統(tǒng)發(fā)送單向數(shù)據(jù)流信息。物理隔離與信息單向數(shù)據(jù)流（無反饋傳輸）技術(shù)，從物理鏈路層、傳輸層保證數(shù)據(jù)的絕對單向流動，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的可靠采集并實現(xiàn)控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的網(wǎng)絡隔離。

2? SIS系統(tǒng)的網(wǎng)絡部署及鏈接架構(gòu)

在電廠中信息系統(tǒng)劃分為三個安全區(qū)域：安全Ⅰ區(qū)（生產(chǎn)控制區(qū)，包含DCS控制系統(tǒng)）、安全Ⅱ區(qū)（生產(chǎn)非控制區(qū)，包含SIS系統(tǒng)）、安全Ⅲ區(qū)（生產(chǎn)管理區(qū)，包含MIS系統(tǒng)），DCS系統(tǒng)通過單向隔離網(wǎng)閘聯(lián)結(jié)II區(qū)PI數(shù)據(jù)庫、Ⅲ區(qū)SIS系統(tǒng)鏡像數(shù)據(jù)庫。

2.1? 網(wǎng)絡部署、鏈接架構(gòu)原理

生產(chǎn)數(shù)據(jù)由DCS系統(tǒng)工程師站的實時或歷史數(shù)據(jù)庫經(jīng)單向隔離網(wǎng)閘傳送至PI數(shù)據(jù)庫，應用于SIS系統(tǒng)；再傳送至鏡像數(shù)據(jù)庫，供集團用戶應用于生產(chǎn)統(tǒng)一調(diào)度，如圖1所示。

2.2? 案例說明

以德國西門子V94.3A-THDF_108燃氣機組為例：基于DCS系統(tǒng)及設(shè)備安全性考慮，生產(chǎn)數(shù)據(jù)從DCS系統(tǒng)工程師站的實時或歷史數(shù)據(jù)庫下發(fā)至OPCserver（以下簡稱：OPC）主站、經(jīng)OPC子站轉(zhuǎn)發(fā)至SIS系統(tǒng)PI數(shù)據(jù)庫。

因OPC通信協(xié)議為非開放式的廣播協(xié)議，需OPC子站向OPC主站發(fā)送“訂閱”式取數(shù)請求（“訂閱”請求≥1000點/5秒時，滿足OPC主站保護策略觸發(fā)條件，保護動作后與“訂閱”相關(guān)的應用進程停止服務），驗證通過后獲取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)（穿過單項隔離網(wǎng)閘至SIS系統(tǒng)接口機）至PI數(shù)據(jù)庫。SIS系統(tǒng)拓撲簡示圖如圖2所示。

3? 網(wǎng)絡連接及數(shù)據(jù)傳輸異常的常規(guī)檢測

因DCS系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)采用了物理隔離與信息單向數(shù)據(jù)流技術(shù)，OPC主站、子站及SIS系統(tǒng)接口機均采用雙網(wǎng)卡（如圖3、4所示）與前、后端設(shè)備建立跨安全分區(qū)的網(wǎng)絡鏈接，加上“訂閱”式取數(shù)方式可能造成的進程服務停止。因此，在系統(tǒng)發(fā)生異常時，必須對各安全區(qū)從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層分別進行檢測。

3.1? 通用的常規(guī)檢測

使用“win+R”的組合鍵打開“運行”功能，輸入“cmd”進入命令窗口，使用英文半角符在命令窗口，打出“ping + IP地址”檢測（OPC主站、子站及SIS系統(tǒng)接口機）間的網(wǎng)絡連接，如果ping不通，就會返回“請求失敗”；Ping成功的話，就會返回數(shù)據(jù)，并顯示是否有數(shù)據(jù)包丟失。如圖6所示：

3.2? 主站的常規(guī)檢測

使用“OPCtest Client”工具檢測，如圖7所示：在框1處輸入數(shù)據(jù)點編碼創(chuàng)建添加組（需人工輸入KKS，每組最多四～五個數(shù)據(jù)點），點擊右側(cè)框2確認，在下方框3窗口中顯示檢測結(jié)果。檢測正常時，無法確定數(shù)據(jù)是否正常傳輸至OPC子站（數(shù)據(jù)庫的龐大數(shù)據(jù)量，檢測點數(shù)過少會存在很高的偶然性）。

3.3? 子站的常規(guī)檢測

應用“OPCclient”工具，可同時檢測OPC子站與主站的網(wǎng)絡連接、數(shù)據(jù)傳輸。在地址欄框1內(nèi)輸入OPC主站IP，單擊框2連接到OPC主站，成功后在彈出框3窗口中點擊顯示的“Siemens.TXP.OPC”主站、單擊框4顯示的“OPC”創(chuàng)建連接。點擊右側(cè)選項欄框5文件包形狀按鈕確認創(chuàng)建添加組，在的彈出“Add Group”窗口下方單擊框6“Create”創(chuàng)建添加組成功，如圖8所示。

如圖9所示，單擊框1確認添加組后，彈出添加項目窗口“ADD Item”，點擊框2“Siemens.TXP.OPC”數(shù)據(jù)庫根目錄樹框3展開，添加組創(chuàng)建完成（與OPC主站物理層、數(shù)據(jù)層連接無異常）。

3.4? 展開子目錄選擇數(shù)據(jù)點

獲取OPC主站數(shù)據(jù)庫后，在展開的根目錄樹中單擊框1、右側(cè)窗顯示子目錄對應的數(shù)據(jù)點，單擊框2后確認添加，該數(shù)據(jù)點顯示在下方窗口框3創(chuàng)建成功，如圖10所示。

如圖11所示：單擊框1可同時任選多個數(shù)據(jù)點進入添加組框2，點擊框3“OK”完成創(chuàng)建（SIS、OPC主站、DCS系統(tǒng)連接成功）

如圖12所示，點擊框1認刷新組（每點擊一次框1窗口框3添加組顯示的數(shù)據(jù)、時間戳刷新一次。（框2連續(xù)刷新）

如圖13所示，單擊框1連續(xù)刷新，窗口框2中的數(shù)據(jù)點開始連續(xù)刷新（可以該功能可對添加組進行在線連續(xù)或?qū)崟r檢測），點擊下方框3連續(xù)刷新“Stop”。

3.5? 在OPC主站使用“OPCclient”工具檢測

單擊桌面“快捷方式 到OPCclient”（成功打開時，OPC主站-子站網(wǎng)絡連接無異常），輸入OPC主站IP地址、點擊連接“Siemens.TXP.OPC”可看到展開根目錄；在根目錄下點開任一子目錄，從中任選AI、DI數(shù)據(jù)點創(chuàng)建添加組；單擊“OK”進行單次（或?qū)崟r）檢測、顯示數(shù)據(jù)開始刷新（DCS數(shù)據(jù)庫至OPC主站、子站數(shù)據(jù)傳輸無異常）。

3.6? 安全Ⅱ、Ⅲ區(qū)的檢測

可應用“PI-SDK”（Software development kit）或“PI-SMT”（System management tools）工具進行檢測，在應用中“PI-SDK”和“PI-SMT”大同小異，下面就以“PI-SMT”檢測（實時PI數(shù)據(jù)庫服務器）為例：

按照圖14所示步驟，打開“PI-SMT”工具，在框1中勾選“選數(shù)據(jù)庫IP”“站點名稱”，在下方根目錄中點擊框2，單擊子目錄框3建立連接。

如圖15如所示，點擊框4進行搜索，在彈出的“標記搜索”窗口按照“標記點類型”“標記點類”“標記點來源”等選項進行數(shù)據(jù)點篩選，完成后點擊右側(cè)框5進行搜索；在搜索的出數(shù)據(jù)點框6中任選數(shù)據(jù)點創(chuàng)建添加項（按著“ctrl”鍵移動光標、單擊選中的點，可同時選擇多個數(shù)據(jù)點），點擊右側(cè)框7將添加項確定創(chuàng)建添加組，創(chuàng)建完成后開始檢測。

創(chuàng)建添加組完成后點擊確認，彈出檢測數(shù)據(jù)窗口，如圖16、17所示，在選項欄單擊框1鍵確認刷新，下方框2中顯示的數(shù)據(jù)有變化，后綴日期、時間戳等刷新與本地一致（檢測結(jié)果：網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)層無異常）。

4? 異常檢測手段的比對及淺析

由于DCS、SIS、MIS系統(tǒng)設(shè)備分別部署在三個安全區(qū)，信息流由DCS系統(tǒng)向SIS系統(tǒng)單向發(fā)送數(shù)據(jù)。當生產(chǎn)應用中因機組運行負荷變動大、網(wǎng)絡鏈接異常、大負荷“訂閱”請求觸發(fā)保護策略、應用進程停止服務等原因?qū)е聰?shù)據(jù)中斷時，在三個安全區(qū)分別對DCS系統(tǒng)工程師站、OPC主站、子站逐級進行物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層按照常規(guī)檢測要花費相當長的時間（國家電網(wǎng)和發(fā)電企業(yè)通常要求在1小時內(nèi)恢復數(shù)據(jù)傳輸，超出1小時未能恢復的記為異常、或障礙給予考核）。

目前，尚沒有可以通用的、快捷的檢測手段（或工具）可以對安全Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)同時進行完善的全息檢測。所以，給應急響應要求的快速診斷，及時恢復數(shù)據(jù)傳輸帶來極大的困難。

我將前面介紹的應用常規(guī)檢測、使用工具檢測的情況，做了以下比對、分析，試著找出一種高效、便捷的檢測方式或工具。

4.1? 常規(guī)檢測

常規(guī)檢測中，在OPC主站、子站（包括實時和鏡像服務器）均可通用“cmd”“ping” IP地址檢測網(wǎng)絡；在OPC主站使用“OPCtest Client”，僅能檢測與工程師站數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)傳輸（少量數(shù)據(jù)點檢測具有很強的偶然性），而無法檢測后端與OPC子站的網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)傳輸；

4.2? 借助工具檢測

從SIS系統(tǒng)工作性能、架構(gòu)及部署中，我們已經(jīng)了解到：OPC子站與主站同在安全I區(qū)，啟用“遠程桌面”可共享使用OPCclient進行檢測，從OPC主站成功打開“OPCclient快捷方式”，即可判定網(wǎng)絡連接正常；

網(wǎng)絡異常時：OPC主站點擊“快捷方式 到OPCclient”無法打開檢測工具（主站系統(tǒng)界面會提示：C盤空間不足、緩存或內(nèi)存不足等）；子站側(cè)會出現(xiàn)錯誤自診斷報警（如：未找到請求的“Sismens.TXP.OPC”、或正在聯(lián)結(jié)“Sismens.TXP.OPC”、沒有注冊類、“Siemens.TXP.OPC”加載測點、添加測點時發(fā)生錯誤、該測點已丟棄…等）。

4.3? 數(shù)據(jù)傳輸正常時

輸入主站IP地址、點擊“opc”鏈接，顯示主站“Siemens.TXP.OPC”連接成功；創(chuàng)建檢測文件包、任選數(shù)據(jù)點，點擊“OK”確認后，顯示數(shù)據(jù)、本地時間刷新。

4.4? 數(shù)據(jù)傳輸異常時

打開“OPCclient”檢測工具，創(chuàng)建檢測文件包成功，但數(shù)據(jù)子目錄樹打不開、或展開后選取數(shù)據(jù)點失?。◤棾鰣缶簾o法找到請求的“Siemens.TXP.O”P、或無法建立通信）、或OPC界面報：“TxpTVar2.exe”或“OmImport.exe”遇到問題需要關(guān)閉等警示）。

通過以上綜述不難看出，運用常規(guī)手段檢測時，三個安全區(qū)要分別進行物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層、傳輸層的重復檢測增加了時間的消耗，降低了工作效率。

使用“OPCtest Client”具有很大的局限性，而使用“OPCtest Client”“PI-SMT”或“PI-SDK”工具檢測，發(fā)現(xiàn)異常時會彈出對應的警示，根據(jù)警示內(nèi)容進行分析，基本可以判斷異常類型、找出異常點。消除異常后可以重新進行檢測，直至系統(tǒng)恢復正常。

這種綜合檢測、整體分析的方式，縮短了應用常規(guī)手段按分區(qū)檢測、各自處置不斷重復步驟所消耗的時間，大大提高了應急事件響應、處置異常的工作效率。

對于常規(guī)檢測、處理無法解決的問題，就需要應用到更多的技術(shù)手段、專業(yè)工具進行檢測，或由專業(yè)的技術(shù)人員全面、深層的分析“data”“l(fā)oge”日志，查明異常原因后進行處理。這里，我就不再做更多的描述和探討了。

5? 結(jié)? 論

通過對常規(guī)檢測、與使用工具（OPCtest Client、OPCclient、PI-SMT）檢測進行比對，結(jié)合檢測（網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)層）異常的過程進行綜合分析，不難看出在應急響應（尤其應對突發(fā)異常）的工作中，運用工具（OPCclient、PI-SMT）檢測具有以下幾方面的優(yōu)勢：

1）可以在三個安全區(qū)對網(wǎng)絡連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)冗M行綜合檢測，整體分析；

2）應用單一工具可以同時進行多種項目的檢測，避免了在各安全區(qū)應用多種技術(shù)手段（或工具）檢測同項目消耗過多的時間；

3）依照檢測中出現(xiàn)的警示內(nèi)容基本可確定故障點、故障類型，有利于目標明確的針對異常進行處置。

面對國家電網(wǎng)、發(fā)電企業(yè)在日常生產(chǎn)中要求的異常應急響應故障排查要快速、高效的需求，以及自動化、智能化技術(shù)的日新月異的飛速發(fā)展，通過不斷的學習提高人員的群體技術(shù)水平，盡快掌握先進的網(wǎng)絡、信息技術(shù)，將其推廣、普及并應用于實際生產(chǎn)工作中，是非常有必要的。

相信通過學習了解并熟悉OPCclient、PI-SMT、PI-SDK的基本性能，在日常工作中多實踐、熟練掌握檢測應用技巧，與日常積累的經(jīng)驗相結(jié)合，一定可以不斷提高應用的熟練度、判斷的準確性，只有這樣才能真正地提高工作效率，切實保障電力生產(chǎn)、監(jiān)控信息系統(tǒng)及網(wǎng)絡安全。

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作者簡介：呂曉琳（1971.03—），男，漢族，山東單縣人，工程師，本科，研究方向：火力發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)過程自動化、廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)的建設(shè)、智能化技術(shù)應用推廣。

收稿日期：2023-04-13